WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 556.043:556:535 Банщикова Любовь Святославовна Наводнения на реках, вызванные заторами льда, методика их мониторинга и оценки риска Специальность 25.00.27 «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт – Петербург 2009

Работа выполнена в Государственном учреждении «Государственный гидрологический институт»

Научный консультант:

доктор технических наук Бузин Владимир Александрович

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор географических наук, Барышников Николай Борисович профессор кандидат географических наук Марков Михаил Леонидович Ведущая организация Институт географии РАН, Лаборатория гидрологии

Защита диссертации состоится «10» декабря 2009 г. на заседании специализированного совета Д.212.197.02 Российского государственного гидрометеорологического университета по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета

Автореферат разослан «06» ноября 2009 г.

Ученый секретарь специализированного совета, Заслуженный работник высшей школы РФ, кандидат географических наук В.Н. Воробьев 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Заторы льда – явление характерное для большинства рек России. Быстрые и значительные подъемы уровней, возникающие выше заторов, часто намного превосходят максимальные уровни весенних половодий и дождевых паводков и создают чрезвычайные ситуации для прибрежных территорий рек.

Поэтому вопросы мониторинга и оценки риска наводнений, вызванных заторами, для снижения их негативных последствий стоят достаточно остро, особенно в связи с освоением северных территорий страны.

Цель исследований состояла в выявлении закономерностей формирования наводнений, обусловленных заторами льда, разработке методики отслеживания по данным наблюдений за уровнем воды на гидрологических постах мест образования заторов в процессе вскрытия реки, а также методики оценки гидрологической составляющей риска заторных наводнений.

Для достижения намеченной цели решены следующие задачи:

по данным многолетних наблюдений за уровнями воды, а также о морфометрических характеристиках русла и поймы в гидрометрических створах, установлены основные факторы, определяющие пространственно-временные масштабы затопления прибрежных территорий при заторных наводнениях на реках России;

составлен каталог уровенных характеристик затопления пойм средних и больших рек России при заторах льда;

построена карта-схема и выполнен анализ распространения превышения максимального заторного уровня воды 1%-ной обеспеченности над уровнем поймы на средних и больших реках России;

разработана методика определения местоположения затора льда на речном участке и оценки зон затопления прибрежных территорий путем отслеживания динамики процесса заторообразования по данным наблюдений за уровнями воды на стационарных и временных гидрологических постах, расположенных вдоль реки;

построена карта-схема распространения на средних и больших реках России индекса потенциального риска заторных наводнений;

разработан способ расчета глубины затопления поймы 1% вероятности превышения для участков рек, не охваченных наблюдениями за уровнем воды.

Методологической основой выполненных исследований является комплексный гидролого-географический анализ и статистические приемы выявления расчетных зависимостей.

Научная новизна. В результате исследований впервые создан каталог и построены карты уровенных характеристик затопления при заторах льда пойм средних и больших рек России;

установлены географические закономерности распространения на реках России превышения заторного уровня 1%-ной обеспеченности над поймой и потенциального ущерба от заторных наводнений;

разработана методика определения места образования затора льда;

разработана методика расчета превышения заторного уровня 1%-ной обеспеченности над поймой на участках рек, не освещенных данными многолетних гидрологических наблюдений.

Достоверность результатов исследований обусловлена использованием метрологически обеспеченных данных многолетних наблюдений за уровнями воды гидрологических постов Росгидромета, а также использованием общепризнанных и проверенных многими исследователями методологических принципов речной гидравлики и математической статистики.

На защиту выносятся выявленные географические закономерности распространения заторных наводнений;

методика мониторинга процесса заторообразовния;

способ оценки гидрологических составляющих риска затопления прибрежных территорий при заторных наводнениях на участках рек, не охваченных гидрологическими наблюдениями.

Практическая значимость работы. Предлагаемая методика мониторинга процесса заторообразования позволяет определить местоположение головы затора, что важно при борьбе с затором, а также проследить её продвижение вниз по реке без использования авиаразведок. Использование методики определения потенциального риска заторных наводнений на проблемных участках рек будет способствовать рациональному хозяйственному использованию прибрежных территорий и надежной оценке рисков от затопления при страховании хозяйственных объектов на этих территориях.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на Международном симпозиуме по льду (Санкт-Петербург, 2004), VI Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004), конференциях молодых специалистов Росгидромета (Москва, 2007, 2008), научно – практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (СанктПетербург, 2008), на итоговых сессиях Ученого совета ГУ «ГГИ» (Санкт-Петербург, 2007, 2008), научной конференции, посвященной 175-летию Гидрометслужбы России (Москва, 2009).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 105 наименований. Полный объем диссертации составляет 141 страницу, включая 30 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, определены цель и задачи исследований, перечислены основные защищаемые положения, изложена практическая значимость полученных результатов.

В первой главе выполнен анализ закономерностей и особенностей географического распространения заторных наводнений на реках России. Показано, что число заторов, как правило, уменьшается по длине реки, но их размеры возрастают в 5 - 10 раз, достигая протяженности 100-150 км в низовьях больших рек, текущих на север.

В пределах европейской части России заторные подъемы уровней, приводящие к значительным затоплениям прибрежных территорий, часто повторяются в среднем и нижнем течении рек Печоры, Северной Двины и Мезени.

На реках Кольского полуострова и северо-западного региона России заторы образуются главным образом в приустьевых участках рек. Протяженность заторных участков на этих реках, как правило, небольшая: от 1 до 10 км. Заторные подъемы уровней достигают 5 м, хотя в среднем составляют 2 – 3 м. Повторяемость заторов на реках северо-запада находится в пределах от 20 до 40%. Вскрытие рек центральных и восточных районов европейской части России происходит при невысоких уровнях. Заторные подъемы уровней, как правило, не превышают 2-3 м, а их повторяемость изменяется от 20 до 30 %. Реки бассейна Оби отличаются затяжным характером вскрытия, в период которого значительно снижается прочность ледяного покрова и уменьшается вероятность образования заторов на реках. Мощные заторы с повторяемостью 60-80 % и заторными подъемами уровня в 3-5 м наблюдаются, главным образом, в верховьях Оби, а так же на Иртыше и Томи. На Енисее наиболее мощные скопления льда, как правило, формируются в нижнем течении (Туруханск, Игарка и Дудинка). В результате интенсивного развития волны половодья под влиянием дружной весны при почти одновременном вскрытии главной реки и ее притоков наиболее благоприятные условия для формирования заторов весной наблюдаются на реке Лене. Данные наблюдений на Лене показывают, что одновременно вскрываются участки реки протяженностью 200300 км, а продвижение фронта вскрытия достигает скорости до 100 км/сутки. В местах формирования заторов вскрытие реки задерживается на 2-6 суток, повторяемость заторов 80-100%. Заторы часто формируются и на притоках Лены:

Алдане, Витиме, Вилюе, Олекме. В частности, заторные подъемы уровня воды на р.Олекма могут достигать 10 м. На реках Восточной Сибири (Колыма, Тимптон, Яна) половодье формируется также весьма интенсивно, чему способствует дружный характер весны и наличие многолетней мерзлоты на водосборах. Поэтому в комплексе с особенностями строения русла рек создаются весьма благоприятные условия для формирования мощных заторов льда. Повторяемость заторов на этих реках составляет 75 - 85%, но высота заторных подъемов уровня ниже, чем на реках Лене и Енисей.

Анализ распространения прибрежных участков рек России, которые подвергаются затоплению при заторах льда, по данным гидрологических наблюдений до 2005 года показал, что на 36% гидрологических постов превышение 1%-ого максимального заторного уровня воды над бровкой берега составляет не более 1 м.

На 32% постов глубина затопления поймы при заторах находится в пределах от 1 до 2 м. В 6% случаев она составляет от 3 до 4 м; в 3% - от 4 до 5м, а более 5м встречается лишь в 4% случаев, но они наиболее опасны с точки зрения ущерба от затопления.

Во второй главе выполнен обзор работ, посвященных изучению различных аспектов заторных явлений на реках. Кратко рассмотрены методы и способы исследования этих явлений в историческом аспекте. Проанализированы работы, посвященные снижению негативных последствий формирования заторов льда для прибрежных районов.

Третья глава посвящена рассмотрению механизма и условий формирования заторов льда, а также обзору методов расчета их характеристик, включая уровни воды выше головы затора.

Формирование затора определяется комплексом условий и факторов:

направлением вскрытия реки, которое должно происходить сверху вниз по течению, как, например, на реках, текущих на север; наличием ниже по течению толстого ледяного покрова; прочностью и количеством льда, перемещающегося вниз по течению; интенсивностью притока воды в русло, морфометрическими характеристиками русла и др.

Последовательность вскрытия реки сверху вниз по течению - условие необходимое, но недостаточное для образования затора, поскольку только при значительной скорости течения воды (0,6 м/с и более) создаются условия торошения ледяных полей и подсова льдин под кромку ледяного покрова.

Места образования скоплений льда - это участки рек, где кинетической энергии водного потока недостаточно для разрушения и транспортировки льда.

Заторы льда образуются на участках рек со сложными морфологическими условиями. Основные из них – изменение уклона реки от большого к меньшему, сужение русле, островные участки, крутые повороты русел, мест слияния рек.

Здесь водный поток откладывает часть переносимого льда. При этом забивается живое сечение реки и, как следствие, формируется затор. Отмечаются следующие ограничения в транспорте льда:

по глубине, если на участке реки hп 2,5 tл, где hп- глубина реки на перекатах, tл- толщина льда при вскрытии реки;

по ширине (Вр), если hп 2,5 tл.

Затор образуется и в случае, когда расход льда (Qл), поступающий с ледосборного участка к нижнему его створу, будет больше льдопропускной способности реки в этом створе (Qо). При Qо/Qл 1 скопление льда образоваться не может. Образование затора имеет место при Qо/Qл< 1. При Qо = 0 ледяное скопление формируется непосредственно у створа.

Строение речной долины и русла реки оказывает значительное влияние на формирование заторов льда и соответственно затопляемость прибрежных территорий выше затора. Сопоставление карт распространения различных типов руслового процесса (по С.И. Пиньковскому) и величины превышения максимального заторного уровня 1% обеспеченности над поймой позволило установить связь руслового процесса с глубиной затопления прибрежных территорий.

Для верхних и частично средних звеньев русловой сети наиболее характерным является немеандрирующее однорукавное русло и ограниченное меандрирование.

Сформировавшиеся на этих участках рек заторы льда могут вызвать подъем уровня воды над поймой на 1-2 метра, поскольку пойма на этих участках слаборазвита. Как правило, здесь она односторонняя, а берега высокие.

Для среднего течения рек европейской части России, в том числе рек северозапада ЕТР: Печора, Северная Двина, Мезень, так же преобладающим типом руслового процесса является немеандрирующее однорукавное русло. Максимальный заторный уровень воды 1% обеспеченности на перечисленных реках выше поймы не более чем на 3 метра.

Для верхнего течения больших рек Сибири (Лена, Енисей, Обь) преобладающим типом руслового процесса является немеандрирующее однорукавное русло и ограниченное меандрирование. Здесь величина превышения максимального заторного уровня 1% обеспеченности над уровнем выхода воды на пойму находится в пределах от 2 до 5-х метров. Для среднего течения сибирских рек русловой процесс, как правило, проявляется в виде разветвленного русла (пойменная и русловая многорукавность). В руслах рек часто встречаются острова, являющиеся препятствием при транспортировке льда вниз по течению. Глубина затопления поймы при 1% уровне достигает наибольших значений: более 5 м.

На различных участках рек существуют промежуточные состояния русловых процессов, поэтому в целом можно говорить только о тенденции зависимости затопляемости прибрежных территорий при образовании заторов в руслах рек от руслового процесса. Следует отметить, что протяженность поворотов, участков с сужением русла и перекатов, как правило, меньше прямолинейных участков с последовательно уменьшающимся уклоном. Поэтому скопления льда в таких местах менее устойчивы, чем в местах уменьшения уклона. В особенности благоприятствует образованию заторов сочетание нескольких видов русловых препятствий - крутого поворота с сужением русла, падения уклона c русловой многорукавностью и т.п.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»